澳门大学AM：双饮成胶、胃内成型：口服水凝胶平台为结肠炎相关结直肠癌提供多模态治疗新策略

结肠炎相关结直肠癌（CAC）是炎症性肠病最致命的并发症之一。慢性炎症下，促炎因子与氧化应激激活NF-κB、STAT3等通路，诱导上皮细胞癌变并驱动代谢重编程；长期炎症导致的菌群失衡产生硫化氢、次级胆汁酸、脂多糖等毒性代谢物，损伤上皮并放大炎症；而肿瘤细胞的Warburg效应又造成乳酸过度分泌与局部酸化，反过来维持菌群失调与炎症。这种"炎症—代谢—菌群"恶性循环构成了CAC独特的病理机制，并通过微生物—肠—脑轴（MGBA）进一步引发神经功能紊乱。然而当前治疗仍依赖手术与化疗，缺乏能同时控制炎症、干预肿瘤代谢、恢复菌群稳态并调节神经功能的综合策略。口服给药本具优势——适合长期用药、直接作用于肠道病灶、降低全身毒性，却面临两大难题：游离药物易在胃酸中失活或被菌群提前代谢，难以到达靶点；而IBD患者吞咽困难发生率高，难以吞咽固体或黏稠制剂。因此，开发兼具口服便利与精准递送的液体饮剂具有重要临床意义。

针对这一难题，澳门大学代云路副教授课题组设计了一种"双饮"（Twin-Drink）胃内成胶水凝胶平台。饮品1为配位驱动的自组装纳米颗粒PHC NP，由Ca²⁺、HK2抑制剂BNBZ、多巴胺修饰透明质酸与两亲性酚类聚合物构成，其中HA引导纳米颗粒靶向CD44过表达的CAC肿瘤细胞。饮品2由ROS响应连接子修饰的海藻酸盐（AL-RL）与矢车菊素-3-O-葡萄糖苷（Cy3G）组成。先饮饮品1、再饮饮品2，到达胃酸环境后，PHC NP因金属—多酚配位的酸响应特性释放Ca²⁺，与AL-RL快速交联成胶，将PHC NP与Cy3G包裹保护。到达结肠后，炎症部位的碱性pH与高ROS通过海藻酸—Ca²⁺解离和ROS连接子断裂加速水凝胶降解，在病灶处释放药物。BNBZ靶向糖酵解限速酶HK2，抑制糖酵解、破坏Warburg效应，同时触发线粒体凋亡；Cy3G则抑制炎症信号、重塑肠道菌群、增加短链脂肪酸等代谢物，经MGBA改善神经功能。研究通过内镜证实了双饮在犬胃内的快速成胶，并在AOM/DSS诱导的CAC小鼠中显著抑制肿瘤发生发展、恢复结肠长度、降低炎症因子，同时改善焦虑、运动协调与认知表现，伴随Muribaculaceae等有益菌富集。该平台为CAC管理建立了口服便利、多靶点干预的新范式。相关论文以“Twin-Drink Endogastric-Forming Hydrogel for Multimodal Colitis-Associated Colorectal Cancer Management”为题，发表在Advanced Materials上。

图1Twin-Drink胃内成胶水凝胶平台示意图。依次口服给药后，两种饮品在胃内快速成胶，形成药物递送系统（PHC@Cy3G-Gel），统筹代谢调节、肿瘤凋亡、抗炎、肠道菌群重塑与神经保护，实现CAC的多模态管理。

在材料构建层面，研究通过PEG-b-Pho、HA-Dop、Ca²⁺与BNBZ共组装形成金属—酚网络纳米颗粒，确定PEG:Ca²⁺:BNBZ:HA-Dop=10:5:1:1为最优配比，所得PHC NP粒径约90 nm、Zeta电位5.71±0.32 mV，呈球形，Ca²⁺含量12.3 wt%，BNBZ载药量约9.7%，在7天内保持胶体稳定，12 h内被SW620细胞高效内吞（阳性率约78%）。为构建ROS响应性水凝胶基质，研究合成AL-RL并筛选RL含量：未修饰AL、AL-RL(10%)与AL-RL(20%)三组均在3 min内启动成胶、10 min内均匀分布，30 min时交联密度增加而仍保持良好流动性，扫描电镜显示各组均形成三维多孔网络。ROS浓度越高、RL比例越高，Ca²⁺释放越快、ROS清除能力越强，但20% RL修饰细胞毒性也随之增加。综合疗效与安全性，研究选择AL-RL(10%)为最优配方。流变学分析显示，两种饮品黏度均与水相当，吞咽阻力可忽略；而预成型凝胶黏度高出3至4个数量级，吞咽性明显受损，且储存7天后黏度即上升。饮品1则在4°C下21天内保持粒径稳定，仍能成胶，凸显"液—胶"策略在吞咽舒适性与储存稳定性上的双重优势（图2）。

图2PHC NP的表征与PHC@Cy3G-Gel配方的优化。（a）构建PHC NP的组分示意图。（b）动态光散射测定的PHC NP流体力学直径。（c）PHC NP的透射电镜图像。比例尺：300 nm。（d）PEG、BNBZ与PHC NP的紫外—可见吸收光谱。（e）流式细胞术分析SW620细胞系对IR780标记PHC NP的体外细胞摄取。（f）体外成胶过程示意图。（g）AL、AL-RL(10%)与AL-RL(20%)体外水凝胶制备效率的视觉考察。（h-j）由AL、AL-RL(10%)与AL-RL(20%)形成的PHC@Cy3G-Gel的扫描电镜图像。比例尺：10 μm。（k-m）由AL、AL-RL(10%)与AL-RL(20%)形成的PHC@Cy3G-Gel在不同H₂O₂浓度下24 h内累积Ca²⁺释放曲线，通过电感耦合等离子体质谱测定。（n-p）由AL、AL-RL(10%)与AL-RL(20%)形成的PHC@Cy3G-Gel的ROS清除能力（n=3）。（k-p）数据以平均值±标准差表示。

体内成胶验证在比格犬中通过内镜实时完成。禁食6 h后胃底可见胃酸，先灌胃饮品1、再给饮品2，起初淡黄色与蓝紫色液体分布不均，2 min内即呈现凝胶样形态，胃蠕动进一步使其均匀化。30 min后处死动物，切开胃体可见分布均匀、流动性良好的水凝胶；时间扫描流变显示G′>G″，透射电镜显示三维网络并附着PHC NP，共同证实胃内成胶成功。随后评估递送性能：利用IR780标记追踪显示，健康与CAC小鼠结肠初始荧光无显著差异，但冲洗三次后健康结肠水凝胶大部分被清除，而DSS处理结肠仍保持黏附，证实炎症病灶黏附增强，这归因于炎症黏膜屏障破坏暴露正电荷表面，使带负电的海藻酸水凝胶得以黏附。在模拟胃肠转运中，SGF与SIF孵育期间累积Ca²⁺释放低于30%，转入SCF后6 h内快速释放达70%，结合ROS清除与炎症部位延长滞留，实现了碱性/ROS双响应结肠特异性释放。体外疗效方面，BNBZ抑制糖酵解与呼吸呈浓度依赖性，HK2敲低显著减弱其细胞毒性，证实HK2为主要功能靶点。凋亡分析显示，游离BNBZ诱导约30%凋亡，包载于PHC纳米颗粒后凋亡率翻倍至60%以上；Western blot显示PHC@Cy3G-Gel强烈下调Bcl-2/Bcl-xL、显著释放细胞色素c并激活切割caspase 3，有效破坏线粒体完整性、触发肿瘤细胞凋亡（图3）。

图3PHC@Cy3G-Gel的表征。（a）比格犬口服Twin-Drink后胃内成胶的内镜评估。序列图像显示给药前胃、饮品1后、饮品2后及给药后2 min的胃部状态（上）。30 min时形成水凝胶的离体宏观形态与SEM图像（下）。SEM图像中白色箭头指示PHC NP。比例尺：200 nm。（b,c）Twin-Drink给药24 h后结肠组织的离体成像与半定量分析（饮品1中PHC NP由IR780标记），冲洗前与冲洗后（n=3）。（d）通过监测Ca²⁺释放曲线评估模拟胃肠转运过程中水凝胶的降解。PHC@Cy3G-Gel依次与模拟胃液（2 h）、模拟肠液（4 h）和模拟结肠液（18 h）孵育。（e,f）不同制剂干预后的细胞外酸化率分析（n=4）。（g,h）通过PI-Annexin V染色测定的不同制剂诱导的细胞凋亡流式细胞术分析（n=3）。（i）SW620细胞经指定处理后Bcl-2、Bcl-xL、Bax、Bak、细胞色素c、Caspase 3、cleaved-Caspase 3蛋白的Western blot分析。（c-f,h）数据以平均值±标准差表示。

在AOM/DSS诱导的CAC小鼠模型中，未治疗组体重显著下降、DAI评分升高，第84天L-012探针检测显示其结肠炎症水平显著高于Twin-Drink组，后者信号低至健康组水平。第99天处死收集结肠：CAC小鼠结肠因炎症与上皮损伤显著缩短，Twin-Drink治疗后恢复至接近正常，脾肿大也得到缓解。宏观检查与H&E染色显示CAC小鼠远端结直肠肿瘤广泛分布，而Twin-Drink组稀疏或缺失；H&E还观察到三级淋巴结构，其成熟被认为是CRC阳性预后标志。Twin-Drink显著下调IL-1β、IL-6、TNF-α并上调TGF-β1，主要器官H&E未见明显病理改变，显示良好生物安全性（图4）。在神经功能方面，CAC小鼠表现出焦虑升高、抑郁样行为、运动功能受损与认知下降，Twin-Drink组在旷场、悬尾、横梁行走、爬杆与新物体识别各项测试中改善最为显著。16S rRNA测序显示CAC模型菌群结构与健康组明显分离，Twin-Drink组趋近健康组；产短链脂肪酸的有益菌Muribaculaceae科在CAC中显著下调，其中Duncaniella dubosi经Twin-Drink治疗恢复至健康水平。代谢功能预测与代谢组学进一步显示，短链脂肪酸合成、碳水化合物代谢等通路被恢复，丁酰肉碱与GABA水平升高，琥珀酸与3-羟基丁酸水平亦升高，为菌群相关代谢调节参与MGBA获益提供了证据（图5）。

图4Twin-Drink在CAC模型中抗癌效果的评估。（a）CAC模型建立、治疗与检测各阶段示意图。（b）每3天监测小鼠体重（n=10）。（c）每3天记录疾病活动指数（n=10）。（d）通过L-012探针定量体内结肠炎症（n=5）。（e,f）不同治疗后测量结肠长度（n=5）。（g）不同治疗后纵向剖开结肠的代表性照片。（h）瑞士卷结肠切片的代表性H&E染色结果。红色虚线指示肿瘤区域。比例尺：2.5 mm。（i-l）通过ELISA测定结肠组织中IL-1β、IL-6、TNF-α与TGF-β1水平（n=6）。（b,c）数据以平均值±标准误表示。（d,e,i-l）数据以平均值±标准差表示。

图5Twin-Drink干预对神经功能的改善及肠道菌群与代谢调节。（a）神经功能评估实验流程示意图。（b,c）旷场实验中中央区距离与时间。（d）悬尾实验中累积不动时间与首次不动潜伏期。（e）横梁行走实验与（f）爬杆实验的通过时间。（g）新物体识别实验中对新物体的探索时间。（h-j）在目、科与属水平上的肠道菌群组成柱状图。（k）Duncaniella dubosi的相对丰度。（l）基于16S rRNA测序的肠道菌群主成分分析。（m）基于PICRUSt2的微生物代谢功能预测。（n）丁酰肉碱与（o）4-氨基丁酸水平。（p）代谢组学主成分分析。

神经病理学评估显示，CAC小鼠海马与皮层小胶质细胞呈阿米巴样、胞体增大，星形胶质细胞同样活化，而Twin-Drink治疗使其形态逆转为接近健康状态。高尔基染色显示CAC小鼠树突分枝缩短、数量减少，Twin-Drink恢复了分枝长度与复杂性，Sholl分析显示交叉点与最大半径增加；树突棘密度也显著回升至健康水平。这表明Twin-Drink能抑制神经炎症、改善神经元复杂性，从而改善情绪、运动与认知表现（图6）。为厘清递送策略与菌群的贡献，研究比较了完整Twin-Drink与游离药物物理混合物：后者仅产生适度疗效，而Twin-Drink在体重恢复、DAI、结肠长度、炎症因子与行为表现上改善更大；IR780示踪显示游离PHC NP经胃肠转运后信号大幅降低，而Twin-Drink组在结肠区域保留更强信号。广谱抗生素清除菌群后，Twin-Drink的神经保护作用被削弱，提示其效应至少部分依赖菌群。在原位CDX模型中，Twin-Drink显著抑制已形成肿瘤的生长，而游离BNBZ效果有限，归因于其被菌群代谢降解；免疫组化显示Twin-Drink组凋亡通路高效激活，血液生化证实良好生物安全性（图7）。

图6Twin-Drink干预抑制胶质细胞炎症并发挥神经保护作用。（a）免疫荧光染色与（b）海马区每个小胶质细胞胞体大小的半定量分析（n=30）。比例尺：200 μm。（c）免疫荧光染色与（d）海马区每个星形胶质细胞胞体大小的半定量分析（n=30）。比例尺：200 μm。（e）高尔基染色显示的皮层区神经元结构代表性图像及其（f）经ImageJ中Simple Neuron Track重建的形态。比例尺：50 μm。（g-i）神经元结构与分枝复杂性的Sholl分析（n=10）。（j）树突棘的高尔基染色代表性图像。比例尺：20 μm。（k）高尔基染色中树突棘密度的半定量分析，由ImageJ按每10 μm测量（n=30）。（b,d,k）数据以平均值±标准差表示。（h,i）数据以平均值±标准误表示。

图7Twin-Drink在原位CDX结直肠癌模型中的治疗效果。（a）原位CDX模型建立、治疗与监测方案示意图。（b）治疗期间小鼠体重变化（n=5）。（c）生物发光成像监测肿瘤生长。（d）生物发光信号的半定量分析（n=5）。（e）肿瘤组织中Bcl-xL、Bak、细胞色素c与cleaved-Caspase 3的免疫组化染色。比例尺：50 μm。（f）血液生化分析结果（n=3）。数据以平均值±标准差表示。

综上所述，Twin-Drink巧妙解决了口服制剂的核心困境：吞咽时保持液体状态以确保舒适，入体后迅速转化为水凝胶药物储库以实现保护与靶向滞留。比格犬内镜观察证实其快速均匀的胃内成胶，对吞咽困难的IBD患者尤为关键。碱性/ROS双响应释放确保治疗在时空上与CAC病灶匹配，实现对肿瘤代谢、凋亡、炎症与菌群的多靶点调控。在CAC与已建立的原位肿瘤模型中，该平台不仅抑制肿瘤发生发展、缓解结肠炎症、恢复肠道屏障，还改善焦虑、抑郁样行为、运动协调能力与认知功能。未来需考察其在不同胃生理条件下的表现、探索规模化生产，并在大型动物与临床研究中进一步验证安全性、有效性与转化潜力。这一平台通过将患者友好的口服液体转化为精准多靶点治疗系统，为打破"肠道炎症—代谢紊乱—菌群失调"恶性循环提供了潜在临床转化策略。